Nghiên ứu công nghệ ofdm và ứng dụng trong wimax

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ==== ==== LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WIMAX PHAN ĐỨC CHÍNH HÀ NỘI 10-2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204990981000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ==== ==== LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ OFDM VÀ ỨNG DỤNG TRONG WIMAX NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: PHAN ĐỨC CHÍNH Người hướng dẫn khoa học: TS VŨ VĂN YÊM HÀ NỘI 10-2008 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân Các số liệu, kết trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình luận văn trước Tác giả luận văn Phan Đ ức Chính ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG xi MỞ ĐẦU xiv CHƯƠNG CÔNG NGHỆ OFDM 1.1 Tổng quan vể hệ thống OFDM 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.2 Cấu trúc, chức hệ thống OFDM 1.1.2.1 Khối biến đổi nối tiếp sang song song 1.1.2.2 Khối điều chế 1.1.2.3 Khối biến đổi Fourier ngược 1.1.2.4 Khối chèn khoảng bảo vệ 1.1.2.5 Khối kênh truyền dẫn vô tuyến 1.1.2.6 Máy thu 1.1.3 Ứng dụng kỹ thuật OFDM 1.1.3.1 Các ứng dụng quan trọng OFDM giới 1.1.3.2 Ứng dụng kỹ thuật OFDM Việt Nam 1.1.4 Các hướng phát triển tương lai 1.2 Điều chế OFDM 1.2.1 Khái niệm trực giao hai tín hiệu 1.2.2 Bộ điều chế OFDM 1.2.3 Chuỗi bảo vệ hệ thống OFDM 1.2.4 Phép nhân với xung 10 1.3 Giải điều chế OFDM 10 iii 1.3.1 Khái niệm kênh truyền dẫn phân tập đa đường 10 1.3.2 Bộ giải điều chế OFDM 11 1.3.2.1 Tách khoảng bảo vệ 12 1.3.2.2 Tín hiệu sau giải điều chế 13 CHƯƠNG KỸ THUẬT MIMO 20 2.1 Giới thiệu chung 20 2.2 Ưu điểm hệ thống MIMO 20 2.3 Mơ hình hệ thống MIMO 21 2.4 Dung lượng kênh MIMO 23 2.5 Kênh phía phát 24 2.6 Kênh biết phía phát 26 2.7 Kênh xác định 26 2.7.1 Hệ thống SISO 26 2.7.2 Hệ thống MISO 27 2.8 Kênh ngẫu nhiên 29 2.8.1 Dung lượng Ergodic 29 2.8.2 Dung lượng outage 31 2.9 So sánh hiệu hệ thống MIMO với hệ thống không MIMO 33 2.10 Ảnh hưởng tham số vật lý dung lượng kênh MIMO 35 2.10.1 Ảnh hưởng tương quan fading 35 2.10.2 Ảnh hưởng đường truyền trực tiếp LOS 37 CHƯƠNG HỆ THỐNG WIMAX 40 3.1 Một số khái niệm WiMax 40 3.1.1 Công nghệ WiMax 40 3.1.2 Diễn đàn WiMax 42 3.1.3 Lợi ích chuẩn WiMax 43 3.1.3.1 Đối với nhà khai thác 43 iv 3.1.3.2 Đối với khách hàng 43 3.1.3.3 Đối với nhà sản xuất linh kiện 43 3.1.3.4 Đối với nhà sản xuất thiết bị 44 3.2 Tiến trình phát triển chuẩn WiMax 44 3.2.1 IEEE 802.16-2001 44 3.2.2 IEEE 802.16a-2003 45 3.2.3 IEEE802.16c-2002 47 3.2.4 IEEE 802.16-2004 47 3.2.5 IEEE 802.16e 48 3.3 Kiến trúc WiMax 48 3.3.1 Các lớp giao thức WiMax 48 3.3.2 Đặc tính kỹ thuật lớp MAC lớp vật lý 50 3.3.2.1 Tổng quan lớp MAC 50 3.3.2.2 Tổng quan lớp vật lý 54 3.4 Bảo mật WiMax 60 3.4.1 Các liên kết bảo mật 60 3.4.2 Chứng điện tử X509 64 3.4.3 Giao thức quản lý khoá bảo mật PKM 64 3.4.4 Sử dụng khoá 68 3.4.5 Mã hoá 71 CHƯƠNG TÍNH TỐN HỆ THỐNG WIMAX VÀ TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM WIMAX DI ĐỘNG Ở HUẾ CỦA TẬP ĐỒN BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG VIỆT NAM 75 4.1 Các tính tốn cho q trình thiết kế WiMax di động 75 4.1.1 Tính tốn tốc độ Uplink Downlink cực đại theo lý thuyết 75 4.1.2 Tính tốn bán kính vùng phủ tham số khác 76 4.1.3 Tính hiệu suất phổ trạm gốc BS 79 v 4.2 Các tính tốn kỹ thuật điều chế thích ứng 80 4.3 Triển khai thử nghiệm WiMax di động Huế 85 4.3.1 Sơ đồ kết nối 85 4.3.2 Các thành phần hệ thống 86 4.4 Ứng dụng WiMax 87 4.4.1 Truy cập Internet không dây 87 4.4.2 Ứng dụng Media Booth – IP Camera 88 4.5 Đánh giá tổng thể hệ thống WiMax Alcatel 89 4.5.1 Đo kiểm, đánh giá hoạt động Radio 89 4.5.2 Tầm phủ sóng dự kiến 90 4.5.3 Tầm phủ sóng thực tế 90 4.5.3.1 Phủ sóng trạm Huế PTT 90 4.5.3.2 Phủ sóng trạm Huế Thành 93 4.5.3.3 Phủ sóng trạm Nam Giao 95 4.5.3.4 Phủ sóng trạm Phú Thượng 96 4.5.4 Đo kiểm phần hoạt động hệ thống 98 4.5.4.1 Trình duyệt HTTP 98 4.5.4.2 Truyền file FTP 98 4.5.4.3 Độ trễ 98 4.5.5 Kết đo kiểm hoạt động sóng vơ tuyến WiMax 98 4.5.6 Đánh giá phần mềm quản lý 99 4.5.7 Nhận xét chung chất lượng sóng 99 KẾT LUẬN 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 TÓM TẮT LUẬN VĂN 105 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU |a| Độ lớn a A+ Ma trận giả đảo Moore - Penrose A ||A||F Chuẩn Frobenius ma trận A AH Ma trận chuyển vị phức A AT Ma trận chuyển vị A C Dung lượng ES Năng lượng ký hiệu thu δ ( x) Hàm Dirac Det (A) Định thức ma trận A Diag (a1 , a2, an) Ma trận đường chéo nxn ∈ Hoạt động mong muốn f(x) Hàm phân phối xác suất biến ngẫu nhiên x F(x) Hàm phân phối tích luỹ x Im Ma trận phân kích thước mxm K Thừa số K kênh Rice Pe Xác suất lỗi r(A) Hạng ma trận A R Trường số thự Tr(A) Dò theo A Z Trường số nguyên vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt AAA Auth entication authorization & Nhận thức, cấp phép lập Account tài khoản AAS Adaptive Antenna System Hệ thống anten thích ứng ACI Adjacent Cell Interference Nhiễu ô lân cận ASN Access Service Network Mạng dịch vụ truy nhập AM Adaptive Modulation Điều chế thích ứng AOA Angle Of Arrival Góc tới AOD Angle Of Departure Góc xuất phát AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng BE Best Effort Dịch vụ nỗ lực tốt BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bít BPSK Binary Phase Shift Keying Khố dịch pha nhị phân BS Base Station Trạm gốc BTC Block Turbo Code Mã Turbo khối CCI Co channel Interference Nhiễu đồng kênh CDF Cumulative Distribution Function Hàm phân bố tích luỹ CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CID Connection Identifier Nhận dạng kết nối CP Cyclic Prefix Tiền tố tuần hoàn CPE Customer Premises Equipment Thiết bị truyền thống cá nhân CPS Common Part Sublayer Lớp phần chung CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra độ dư vịng tuần hồn CSN Connectivity Service Network Mạng dịch vụ kết nối viii CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh CTC Concatenated Turbo Code Mã Turbo xoắn DCD Downlink Channel Descriptor Miêu tả kênh đường xuống DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình Host động DL Downlink Đường xuống DLFP Downlink Frame Preamble Tiền tố khung đường xuống DPS Delay Power Spectrum Phổ công suất trễ FDD Frequence Division Mutiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi trước FFT Fast Fourier Transform Chuyển đổi Fourier nhanh HCS Header Check Sequence Thứ tự kiểm tra tiêu đề HT Header Type Loại tiêu đề ICI Inter Carrier Interference Nhiễu sóng mang IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngược ISI Inter Symbol Interference Nhiễu ký hiệu LOS Line of Sight Tầm nhìn thẳng LSB Least Significant Bit Bit ý nghĩa MA Multiple Access Đa truy nhập MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập phương tiện MAN Metropolitan Area Network Mạng vùng thành thị MIMO Multiple Input Multiple Output Nhiều đầu vào nhiều đầu MISO Multiple Input Single Output Nhiều đầu vào đầu ML Maximum Likelihood Khả giống cực đại MQAM Multilevel - QAM QAM nhiều mức